18.09.2013
Festplatten und SSDs
1. Teil: „Alles über GPT-Partitionen“
Alles über GPT-Partitionen
Autor: Andreas Dumont
Foto: Fotolia - Schmetfad
GPT wird Ihnen künftig immer häufiger begegnen, denn neue PCs haben häufig GPT-Partitionen. Der Artikel beantwortet die wichtigsten Fragen zum neuen Partitionsschema.
Der Master Boot Record hat wie das BIOS etliche Limits, die aktuelle Hardware einschränken. Dazu gehört die Grenze von 2 TByte für die Größe einer Festplatte und die Beschränkung auf vier primäre Partitionen. GPT ist ein neuer Standard für Partitionstabellen, der diese Grenzen beseitigt.
Was bedeutet GPT?
GPT ist der Nachfolger der MBR-Partitionstabellen. Diese sind zwar sehr weit verbreitet, aber veraltet. GPT ist modern und zukunftssicher und hat gegenüber MBR zahlreiche Vorteile.
Tabelle:
GPT-Partitionen haben einen GUID, die den Partitionstyp angibt. GUID steht für GloballyUnique Identifier. Er lässt sich etwa mit Diskpart auslesen.
2. Teil: „Was sind die Vorteile von GPT?“
Was sind die Vorteile von GPT?
Auf einer Festplatte mit MBR-Partitionstabellen lassen sich maximal vier primäre Partitionen einrichten. Oder Sie legen drei primäre und eine erweiterte Partition an. In der erweiterten Partition lassen sich wiederum mehrere logische Partitionen erstellen. GPT ermöglicht theoretisch beliebig viele primäre Partitionen.
Auf MBR-Festplatten stehen 32 Bit für die Adressierung der Sektoren zur Verfügung. Es kann also maximal 232 = 4.294.967.296 Sektoren geben. Die übliche Sektorengröße beträgt 512 Byte. Somit kann eine MBR-Festplatte maximal 232 x 512 = 2.199.023.255.552 Byte groß sein. Das entspricht genau 2 TByte.
Wenn Sie eine Festplatte mit 3 oder 4 TByte kaufen, dann lassen sich daher nur 2 TByte nutzen.
GPT hingegen verwendet 64 Bit für die Adressierung der Sektoren. Eine GPT-Festplatte kann somit 264 x 512 = 9.444.732.965.739.290.427.392 Byte groß sein. Das sind 8 Zettabyte oder 8 Milliarden Terabyte – genügend für die nächsten Generationen.
Eine kleine Einschränkung gibt es aber doch: Im Dateisystem NTFS ist bei 256 TByte Schluss.
GPT ist sicher
Anders als MBR hat GPT mehrere Sicherheitsmerkmale. Das sind zum einen verschiedene Prüfsummen. Zum anderen ist die Partitionstabelle zweimal vorhanden, nämlich am Anfang und am Ende des GPT-Datenträgers. Wenn die Partitionstabelle beschädigt wird, lässt sie sich aus dem Backup rekonstruieren. An den Prüfsummen lässt sich ablesen, ob eine Partitionstabelle intakt ist.
Tabelle:
Die neuen GPT-Partitionen haben gegenüber den verbreiteten MBR-Partitionen viele Vorteile. Sie ermöglichen beliebig viele primäre Partitionen und große Festplatten.
Was ist ein Schutz-MBR?
Auf jeder GPT-Festplatte befindet sich weiterhin an gewohnter Stelle im Sektor 0 ein MBR. Er schützt die GPT-Partitionen vor Programmen, die nur MBR-Partitionstabellen verstehen, und wird daher Schutz-MBR genannt. Ein solches Programm würde eine GPT-Partition als unpartitioniert erkennen und eventuell beschädigen.
Der Schutz-MBR gaukelt dem Programm vor, die gesamte Festplatte habe eine einzige Partition, die sich über den gesamten Datenträger erstreckt.
Direkt im Anschluss an den Schutz-MBR folgt der GPT-Header, der immer mit „EFI PART“ oder hexadezimal mit „45 46 49 20 50 41 52 54“ beginnt. Wer sich das einmal genauer ansehen will, der greift zu einem Hex-Editor wie HxD.
GPT ist Teil von UEFI
Während MBR auf ungeschriebenen Regeln und Übereinkünften basiert, ist GPT exakt definiert. GPT ist Teil der UEFI-Spezifikation.
UEFI wiederum ist der Nachfolger des klassischen BIOS. Es hat eine grafische Bedienoberfläche und eine eigene Kommandozeile. UEFI steht für Unified Extensible Firmware Interface.
Grundlegendes zum Thema UEFI lesen Sie im Artikel „Alles über UEFI 2.3.1“.
Wann begegnet mir GPT?
GPT begegnet Ihnen auf jeden Fall auf einem UEFI-PC. Wenn Sie einen neuen PC oder ein neues Notebook erwerben, auf dem Windows 8 vorinstalliert ist, dann ist dieses zwangsläufig im UEFI-Modus installiert und hat GPT-Partitionen.
Aber auch viele ältere PCs haben häufig unbemerkt zusätzlich zum klassischen BIOS auch UEFI. Wenn Sie ein Windows-Betriebssystem auf einem UEFI-System installieren, dann erhalten Sie automatisch GPT-Partitionen.
Auch bei Festplatten, die größer als 2 TByte sind, benötigen Sie GPT, um die volle Kapazität nutzen zu können. Mehr dazu lesen Sie im Abschnitt „GPT und 4K-Festplatten“.
3. Teil: „Welche Windows-Versionen unter stützen GPT?“
Welche Windows-Versionen unter stützen GPT?
Grundsätzlich kann jede Windows-Version außer Windows XP GPT-Partitionen lesen und beschreiben. Bei XP kann dies nur die 64-Bit-Version, die aber kaum verbreitet ist.
Tabelle:
Außer Windows XP kann jedes Windows GTP-Partitionen lesen und beschreiben. Von einer GPT-Partition booten können nur die 64-Bit-Versionen.
Kann Linux GPT?
Bei Linux sieht es genauso aus wie bei Windows: Die 32-Bit-Versionen können GPT-Partitionen lesen und beschreiben, aber nicht von ihnen booten. Dies ist 64-Bit-Versionen vorbehalten. Eine weitere Voraussetzung ist, dass sie als Bootloader Grub2 verwenden.
Lässt sich GPT nur auf UEFI-PCs verwenden?
Nein, GPT erfordert nicht zwingend UEFI. Auch auf PCs mit einem BIOS lassen sich Festplatten mit GPT partitionieren.
Allerdings kann Windows auf BIOS-Rechnern nicht von einer GPT-Festplatte booten. Linux hingegen hat damit keine Probleme.
4. Teil: „Was sind GPT-Spezialpartitionen?“
Was sind GPT-Spezialpartitionen?
Wenn Sie sich mit einem Partitionsprogramm wie Diskpart eine Festplatte näher ansehen, auf der Windows im UEFI-Modus läuft, dann finden Sie dort einige sonderbare Partitionen.
Es folgt die Microsoft Reserved Partition, kurz MSR. Sie dient dem Betriebssystem als Ersatz für versteckte Sektoren, die bei GPT nicht mehr möglich sind. MSR hat kein Dateisystem und keinen Laufwerkbuchstaben und ist im Normalfall 128 MByte groß. Die Partition muss direkt hinter der ESP- und vor der Systempartition liegen.
Oft finden Sie ganz am Anfang der Festplatte eine kleine, unzugewiesene Partition, zum Beispiel mit einer Größe von 1 MByte. Die hat nichts mit GPT zu tun, sondern dient der korrekten Ausrichtung großer Festplatten.
Wie lassen sich Spezialpartitionen anzeigen?
Das System-Tool Diskpart kommt mit GPT zurecht, arbeitet aber nur in der Eingabeaufforderung. Mehr dazu lesen Sie im nächsten Abschnitt.
Der Partitionierer Easeus Partition Master Home zeigt die Spezialpartitionen ebenfalls an. Das Programm startet aus Windows heraus. Wahlen Sie „Partition Manager“, um den Partitionierer aufzurufen.
Um eine Partition zu bearbeiten, klicken Sie sie mit der rechten Maustaste an und wählen den entsprechenden Befehl aus dem Kontextmenü. Erst ein Klick auf „Apply“ führt die Änderungen tatsächlich durch.
Mit der Live-CD Gparted haben Sie ebenfalls Zugriff auf alle GPT-Partitionen. Gparted ist deutschsprachig. Nach dem Booten startet automatisch das Partitionierungsprogramm.
Der populäre Partitionierer Parted Magic 2013_02_28 hingegen scheitert derzeit noch an UEFI.
5. Teil: „Diskpart und GPT“
Diskpart und GPT
Dazu starten Sie zunächst eine Eingabeaufforderung mit Administratorrechten. Dort geben Sie diskpart ein. Der Befehl list disk offenbart bereits, ob es sich um eine GPT-Festplatte handelt. In diesem Fall steht in der Spalte „GPT“ ein Sternchen.
Vorsicht beim Partitionieren von GPT-Partitionen
Beim Partitionieren einer GPT-Festplatte lauern einige Fallen. Die Reihenfolge der Spezialpartitionen ist wichtig. Als erste kommt die ESP-Partition, dann die MSR-Partition und dann die Partition mit dem ersten Betriebssystem. Ganz am Anfang und am Ende der Festplatte liegen oft noch Recovery-Partitionen, eine von Microsoft und eine vom Hersteller des Rechners.
Ganz hinten legen Sie dann die neue Datenpartition an.
Lassen sich MBR- und GPT-Laufwerke gemeinsam nutzen?
Ja, das ist möglich. Dabei ist zu beachten, dass die Boot-Partition bei einem UEFI-Rechner auf einer GPT-Festplatte liegen muss. Weitere Festplatten können dann wahlweise MBR oder GPT nutzen.
Kann man MBR- in GPT-Partitionen konvertieren?
Ja. Allerdings müssen Sie die Festplatte neu partitionieren. Dabei gehen alle Dateien verloren.
Zur Umwandlung starten Sie eine Eingabeaufforderung mit Administratorrechten und geben dort diskpart ein. Die Ausgabe von list disk liefert die Nummer der Festplatte, die Sie im nachfolgenden Befehl select disk x anstelle des x verwenden. Dann geben Sie clean ein, um die ausgewählte Festplatte zu löschen. Die eigentliche Umwandlung erledigt nun der Befehl convert gpt.
In umgekehrter Richtung funktioniert es mit convert mbr.
6. Teil: „GPT in virtuellen Maschinen“
GPT in virtuellen Maschinen
Virtual Box und Vmware Player sind dafür geeignet.
Um UEFI und GPT auszuprobieren, bietet sich eine virtuelle Maschine an. Die Virtualisierungsprogramme In Virtual Box geht’s so: Legen Sie eine neue virtuelle Maschine an. Vor der Installation des Betriebssystems klicken Sie auf „Ändern“. Wechseln Sie in die Kategorie „System“ und setzen Sie ein Häkchen vor „EFI aktivieren“.
Installieren Sie dann das Betriebssystem wie gewohnt. Sie benötigen auf jeden Fall eine 64-Bit-Version. Mit Windows 8 hat es in unseren Tests nicht funktioniert.
Weitere Details zur Nutzung von Virtual Box lesen Sie im Artikel „Virtuelle PCs mit Virtual Box 4.2“.
Im Vmware Player müssen Sie zusätzlich eine Konfigurationsdatei bearbeiten. Erstellen Sie zunächst eine neue virtuelle Maschine. Navigieren Sie dann im Windows-Explorer in das Verzeichnis, in dem die virtuelle Maschine liegt. Öffnen Sie nun die entsprechende VMX-Datei mit einem beliebigen Texteditor. Tragen Sie dort die Zeile firmware = "efi" ein. Im Vmware Player klappt auch die Installation der 64-Bit-Version von Windows 8.
7. Teil: „GPT und 4K-Festplatten“
GPT und 4K-Festplatten
Wer nun aber meint, dass damit Festplattengrößen von 232 x 4096 = 17.592.186.044.416 Bye oder 16 TByte möglich seien, der irrt. Denn aus Kompatibilitätsgründen emuliert eine 4K-Festplatte gegenüber dem Betriebssystem eine logische Sektorengröße von 512 Byte. Das Größenlimit von 2 TByte bleibt daher bestehen – außer Sie verwenden GPT.
Um herauszufinden, welche Sektorengröße Ihre Festplatte hat, genügen Bordmittel. Starten Sie dazu eine Eingabeaufforderung mit Administratorrechten. Geben Sie dort fsutil fsinfo ntfsinfo c: ein. Die Zeile „Bytes pro physikalischen Sektor“ gibt die echte Sektorengröße an. Bei einer 4K-Festplatte steht hier „4096“.
Die Zeile „Bytes pro Sektor“ gibt die tatsächlich verwendete Sektorengröße an. Hier steht immer „512“.
Lassen sich USB-Sticks als GPT formatieren?
Ja, das geht. Die Zahl der sinnvollen Anwendungsfälle dürfte sich allerdings in Grenzen halten. Denn mehr als vier primäre Partitionen auf einem USB-Stick benötigt man sehr selten.
GPT hat auch Nachteile
Bei all den Vorzügen von GPT sollte man die Nachteile nicht vergessen: Nicht alle Betriebssysteme können mit UEFI und GPT umgehen.
Besonders gravierend ist dies bei Rescue-Systemen und Live-CDs, die auf Linux basieren und dann nicht mehr booten.
Beispiele sind Parted Magic, die F-Secure Rescue CD und die Gdata Rescue CD. Andere wie die Kaspersky Rescue Disk benötigen einen Patch.
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